DE19704608C1 - Convection-driven hydrogen recombination chimney within nuclear power plant containment - Google Patents
Convection-driven hydrogen recombination chimney within nuclear power plant containmentInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Rekombi nation von Wasserstoff in einem Gasgemisch, insbesondere für ein Kernkraftwerk.The invention relates to a device for recombining nation of hydrogen in a gas mixture, especially for a nuclear power plant.
In einem Kernkraftwerk muß bei Stör- oder Unfallsituationen, bei denen beispielsweise aufgrund von Kernaufheizung eine Oxidation von Zirkonium auftreten kann, mit der Bildung und Freisetzung von Wasserstoffgas und Kohlenmonoxid innerhalb des den Reaktorkern umschließenden Sicherheitsbehälters (Containment) gerechnet werden. Dadurch können innerhalb des Containments explosive Gasgemische entstehen.In a nuclear power plant, in the event of a fault or accident, where, for example, due to core heating Oxidation of zirconium can occur with the formation and Release of hydrogen gas and carbon monoxide within of the containment surrounding the reactor core (Containment). This allows within the Containments of explosive gas mixtures arise.
Zur Verhinderung der Bildung derartiger explosiver Gasgemi sche im Containment eines Kernkraftwerks werden verschiedene Einrichtungen oder Verfahren diskutiert. Hierzu gehören bei spielsweise Einrichtungen wie katalytische Rekombinatoren, katalytisch und elektrisch betriebene Zündeinrichtungen oder die Kombination der beiden vorgenannten Einrichtungen sowie Verfahren einer permanenten oder nachträglichen Inertisierung des Containments.To prevent the formation of such explosive gas mixtures In the containment of a nuclear power plant there are different Facilities or procedures discussed. These include at for example facilities such as catalytic recombiners, catalytically and electrically operated ignition devices or the combination of the two aforementioned facilities as well Permanent or subsequent inerting procedure of the containment.
Beim Einsatz eines katalytischen Rekombinators zur Beseiti gung des Wasserstoffs aus der Atmosphäre des Containments soll insbesondere eine frühzeitige und flammenlose Rekombina tion des Wasserstoffs mit Sauerstoff erreicht werden. Dabei soll ein signifikanter Druckaufbau als Folge einer virulenten Wasserstoffverbrennung sicher vermieden werden. Eine dazu ge eignete, früh startende Rekombinationseinrichtung, die auch bei längerer Standzeit in der Containment-Atmosphäre nicht wesentlich an Aktivität verliert und bei niedrigen Umge bungstemperaturen passiv startet, wird in der (nicht vorver öffentlichten) Deutschen Patentanmeldung 196 36 557.0 vorge schlagen. Mit einer derartigen Rekombinationseinrichtung ist eine "sanfte" Rekombination des Wasserstoffs in einer z. B. dampfinertisierten Phase der Containment-Atmosphäre ohne eine Zündung möglich. Ein Katalysatorsystem zur Rekombination von Wasserstoff mit Sauerstoff ist auch aus der US 51 67 908 bekannt.When using a catalytic recombiner to remove generation of hydrogen from the atmosphere of the containment in particular an early and flameless recombina tion of hydrogen can be achieved with oxygen. Here is said to be a significant build up in pressure as a result of a virulent Hydrogen combustion can be safely avoided. One ge suitable, early starting recombination device that also with longer periods in the containment atmosphere not loses a lot of activity and with low reverse training temperatures passively starts, is not public) German patent application 196 36 557.0 beat. With such a recombination device a "gentle" recombination of the hydrogen in a z. B. steam-inerted phase of the containment atmosphere without one Ignition possible. A catalyst system for the recombination of Hydrogen with oxygen is also known from US 51 67 908.
Aus der EP 0 436 942 A2 ist ein Rekombinatorsystem mit einer Gehäuseschutzeinrichtung bekannt, die sich in Abhängigkeit von einer äußeren Temperatur selbsttätig öffnet. In einem Be reitschaftszustand des Rekombinationssystems ist die Gehäuse schutzeinrichtung hingegen geschlossen, so daß eine Ver schmutzung der katalytisch aktiven Oberfläche des Rekombina tors vermieden wird.EP 0 436 942 A2 describes a recombiner system with a Housing protection device known, which is dependent automatically opens from an external temperature. In a Be The housing is ready for use of the recombination system protective device, however, closed, so that a Ver dirt on the catalytically active surface of the recombina tors is avoided.
Bei einer aus der EP 0 416 140 A1 bekannten Rekombinatorein richtung hingegen sind Filtermedien vorgesehen, die Schad stoffe aus der Umgebungsatmosphäre, wie beispielsweise Aero sole, zurückhalten und somit den Katalysator der Rekombina toreinrichtung gegen Verunreinigung schützen.In a recombiner known from EP 0 416 140 A1 direction, however, filter media are provided that are harmful substances from the surrounding atmosphere, such as aero sole, hold back and thus the catalyst of the recombina Protect the gate device against contamination.
Aus der EP 0 388 955 A2 ist eine Rekombinatoreinrichtung be kannt, bei der zusätzlich eine Zündvorrichtung zur Auslösung einer kontrollierten Wasserstoffverbrennung vorgesehen ist.A recombiner device is known from EP 0 388 955 A2 knows, in addition to an ignition device for triggering controlled hydrogen combustion is provided.
Jedes bekannte Rekombinacorsystem ist für eine besonders hohe Rekombinatorleistung bei besonders geringen Komponentenabmes sungen sowie für eine hohe Resistenz gegenüber Verunreinigung ausgelegt. Für den Einsatz einer Vorrichtung zur Rekombina tion von Wasserstoff in einem Gasgemisch in einem Kernkraft werk ist darüber hinaus aber auch sicherzustellen, daß keine die Sicherheit des Kernkraftwerks negativ beeinflussenden Ef fekte auftreten können. Es ist zu berücksichtigen, daß eine zur Rekombination des Wasserstoffs eingesetzte Katalysatoran ordnung sich infolge der Rekombination üblicherweise erwärmt und aufgrund ihrer erhöhten Temperatur zur Zündung des Gasge mischs innerhalb der Containment-Atmosphäre des Kernkraft werks in ungewollter Weise beitragen könnte.Each known recombinant system is for a particularly high one Recombiner performance with particularly small component dimensions solutions as well as for a high resistance to contamination designed. For the use of a device for recombina tion of hydrogen in a gas mixture in a nuclear power plant However, werk must also ensure that none Ef negatively influencing the safety of the nuclear power plant effects can occur. It should be borne in mind that a catalyst used to recombine the hydrogen order usually warms up due to recombination and due to their elevated temperature to ignite the gas mix within the containment atmosphere of nuclear power work could contribute in an undesired manner.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich tung zur Rekombination von Wasserstoff in einem Gasgemisch, insbesondere für die Containment-Atmosphäre eines Kernkraft werks, anzugeben, bei deren Betrieb eine ungewollte Zündung des Gasgemischs besonders sicher vermieden ist.The invention is therefore based on the object, a Vorrich device for the recombination of hydrogen in a gas mixture, especially for the containment atmosphere of a nuclear power plant factory, specify when operating an unwanted ignition the gas mixture is particularly safely avoided.
Diese Aufgabe wird für eine Vorrichtung der obengenannten Art erfindungsgemäß gelöst, indem einer zugehörigen Katalysa toranordnung, die in einem im Betriebsfall für das Gasgemisch in freier Konvektion durchströmbaren Gehäuse angeordnet ist, eine Flammenrückhalteeinrichtung zugeordnet ist.This object is for a device of the type mentioned above solved according to the invention by an associated cat gate arrangement in an operating mode for the gas mixture housing is arranged in free convection, a flame arrester is assigned.
Unter "freier Konvektion" ist hierbei insbesondere zu ver stehen, daß eine aus der Rekombination des Wasserstoffs in der Umgebung der Katalysatoranordnung resultierende lokale Temperaturerhöhung des Gasgemisches in einem Auftrieb resul tiert, der den Druckverlust in der Rekombinationsvorrichtung derart überkompensiert, daß die Strömung des Gasgemisches durch die Rekombinationsvorrichtung ohne äußere Antriebsmit tel gewährleistet ist. Das Gehäuse ist dabei in der Art eines annähernd senkrecht angeordneten Schachtes ausgebildet, so daß im Betriebsfall eine Kaminwirkung zur Unterstützung der Strömung des Gasgemisches eintritt.Under "free convection", in particular, ver stand that one from the recombination of the hydrogen in resulting local around the catalyst assembly Temperature increase of the gas mixture in a buoyancy result tiert, the pressure loss in the recombination device so overcompensated that the flow of the gas mixture through the recombination device without external drive tel is guaranteed. The housing is like a formed approximately vertically arranged shaft, so that in operation, a chimney effect to support the Flow of the gas mixture occurs.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine unge wollte Zündung des Gasgemisches in der Umgebung der Rekombi nationsvorrichtung durch eine aus dieser austretende, bei der Rekombination erzeugte Flamme ausgelöst werden könnte. Um dies sicher zu vermeiden, sollte der vom Gehäuse umschlossene Innenraum der Rekombinationsvorrichtung von ihrem Außenraum explosionstechnisch entkoppelt sein. Dazu ist eine Flammen rückhalteeinrichtung vorgesehen. Die Flammenrückhalteeinrich tung sollte dabei derart angeordnet sein, daß insbesondere eine Flammenausbreitung entgegen der Strömungsrichtung des Gasgemisches sicher unterbunden ist.The invention is based on the knowledge that an unsung wanted ignition of the gas mixture in the vicinity of the recombi nation device by an emerging from this, at the Recombination generated flame could be triggered. Around To avoid this safely, the one enclosed by the housing should Interior of the recombiner from its exterior be decoupled in terms of explosion technology. There is a flame restraint device provided. The flame arrester tion should be arranged such that in particular a flame spread against the flow direction of the Gas mixture is safely prevented.
Die Flammenrückhalteeinrichtung kann als das Gehäuse ganz oder teilweise umgebendes Lochblech oder Gitter ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Flammenrückhalteeinrichtung der Katalysatoranordnung vorgeschaltet.The flame arrester can be used as the housing entirely or partially surrounded perforated plate or grid be. The flame retention device is preferably the Upstream catalyst arrangement.
Um eine ungewollte Zündung des die Rekombinationsvorrichtung umgebenden Gasgemisches besonders zuverlässig zu vermeiden, ist der Katalysatoranordnung vorteilhafterweise ein Sediment fänger vorgeschaltet.To prevent unwanted ignition of the recombination device to avoid the surrounding gas mixture particularly reliably, the catalyst arrangement is advantageously a sediment catcher upstream.
Wie sich nämlich in überraschender Weise herausstellte, kön nen auch sogenannte "vagabundierende" heiße Katalysatorparti kel zu einer Zündung des die Rekombinatorvorrichtung umgeben den Gasgemisches beitragen. Beim Betrieb oder auch im Still stand einer Rekombinationsvorrichtung kann es zur Ablösung von Partikeln aus der Katalysatoranordnung kommen. Diese ab gelösten Katalysatorpartikel können aufgrund der bei der Re kombination des Wasserstoffs freigesetzten Wärme eine hohe Temperatur aufweisen und somit bei ihrem Eintritt in ein zündfähiges Gasgemisch, beispielsweise in der Umgebung der Rekombinationsvorrichtung, eine Zündung verursachen. Um eine derartige Zündung durch aus der Rekombinationsvorrichtung ausgetragene, vagabundierende Katalysatorpartikel sicher zu vermeiden, ist der Sedimentfänger vorgesehen. Der Sediment fänger ist dabei zweckmäßigerweise in die Flammenrückhalte einrichtung integriert.As it turned out surprisingly, can NEN so-called "vagabond" hot catalyst parts kel to an ignition of the recombiner device contribute to the gas mixture. During operation or while still stood a recombination device it can be detached of particles coming from the catalyst arrangement. This off dissolved catalyst particles can due to the Re combination of the hydrogen released heat a high Have temperature and thus when they enter a ignitable gas mixture, for example in the vicinity of the Recombination device causing an ignition. To one such ignition by from the recombination device discharged, stray catalyst particles safely avoid the sediment trap. The sediment catcher is conveniently in the flame retardants facility integrated.
Für eine besonders zuverlässige Vermeidung einer Zündung des die Rekombinationsvorrichtung umgebenden Gasgemisches durch vagabundierende heiße Katalysatorpartikel ist der Sediment fänger vorteilhafterweise durch das in das Gehäuse einströ mende Gasgemisch kühlbar. Somit ist eine sofortige zuverläs sige Abkühlung eines auf den Sedimentfänger auftreffenden glühenden Katalysatorpartikels auf besonders einfache Weise sichergestellt.For a particularly reliable avoidance of ignition of the the recombination device surrounding gas mixture straying hot catalyst particles is the sediment catcher advantageously flow through the housing cooling gas mixture. Thus an immediate one is reliable cooling of one that hits the sediment trap glowing catalyst particles in a particularly simple manner ensured.
Zweckmäßigerweise weist das Gehäuse der Rekombinationsvor richtung oberhalb einer Ausströmöffnung für das Gasgemisch ein Gehäusedach auf. Ein für die Durchströmung des Gasgemi sches in freier Konvektion besonders geeignetes, schachtartig ausgebildetes Gehäuse ist somit auch in Kombination mit einem oberhalb angeordneten Spraysystem einsetzbar, ohne daß eine Direktbeaufschlagung der Katalysatoranordnung mit Tropfen eintreten könnte. Eine aus der Direktbeaufschlagung der Kata lysatoranordnung mit Tropfen resultierende Auswaschung von Katalysatorpartikeln ist somit allenfalls in geringem Maße möglich.The housing expediently has the recombinations direction above an outflow opening for the gas mixture a housing roof. One for the flow of the gas mixture Particularly suitable in free convection, shaft-like trained housing is thus also in combination with a Spray system arranged above can be used without a Direct loading of the catalyst arrangement with drops could occur. One from the direct application of the Kata lysator arrangement with droplets resulting in washing out of Catalyst particles are therefore at most to a small extent possible.
Die Flammenrückhalteeinrichtung weist vorteilhafterweise eine Anzahl von zur Einströmung des Gasgemisches vorgesehenen Ein strömöffnungen mit einem mittleren Durchmesser von mehr als 0,1 mm auf. Der mittlere Durchmesser der Einströmöffnungen beträgt dabei zweckmäßigerweise höchstens 3 mm. Durch eine derartige Di mensionierung der Eintrittsöffnungen ist die Funktionsweise der Flammenrückhalteeinrichtung sichergestellt, wobei Parti kel kleinerer Größe, wie beispielsweise Aerosole, frei pene trieren können. Eine Verblockungsgefahr durch solche Kleinpartikel wird somit sicher vermieden. Der für das Strömungsverhalten des Gasgemisches durch die Rekom binationsvorrichtung relevante Druckverlust bleibt somit auch nach längerem Betrieb besonders gering. Zudem ist bei einer derartigen Dimensionierung in Kombination mit einer geeignet gewählten Anströmfläche die Auslegung der Rekombinationsvor richtung für eine besonders günstige Strömungsgeschwindigkeit des einströmenden Gasgemisches im Hinblick auf die Rekombina tionsrate des Wasserstoffs möglich.The flame retention device advantageously has one Number of In intended for the inflow of the gas mixture flow openings with an average diameter of more than 0.1 mm on. The mean diameter of the Inflow openings are expediently at most 3 mm. By such a Di Dimensioning the inlet openings is how it works the flame arrester ensured, Parti Smaller size, such as aerosols, free pene can trier. A risk of blocking due to such small particles is thus safely avoided. Of the for the flow behavior of the gas mixture through the recom Pressure loss relevant to the bination device thus remains particularly low after prolonged operation. In addition, with one such dimensioning in combination with a suitable selected flow area the design of the recombination direction for a particularly favorable flow rate of the inflowing gas mixture with regard to the recombination tion rate of hydrogen possible.
Um eine Zündung des Gasgemisches außerhalb der Rekombina tionsvorrichtung besonders zuverlässig zu unterbinden, ist ein von der Katalysatoranordnung und von der Flammenrückhal teeinrichtung begrenztes Deflagrationsvolumen in Relation zum Volumen des Rekombinatorschachts oder schachtartigen Ge häuses vorzugsweise kleiner als etwa 20% des Volumens des Re kombinatorschachts. Dabei begrenzt das Deflagrationsvolumen eine Flamme vorteilhafterweise auf eine Flammenlänge von höchstens 0,3 m, oder ein mittlerer Abstand der Flammenrück halteeinrichtung zu der Katalysatoranordnung be trägt höchstens 0,3 m.To ignite the gas mixture outside the recombina tion device is particularly reliable to prevent one from the catalyst assembly and from the flame retardant limited deflagration volume in relation to the volume of the recombiner shaft or shaft-like Ge preferably less than about 20% of the volume of the Re combiner shaft. The deflagration volume is limited a flame advantageously to a flame length of at most 0.3 m, or an average distance from the back of the flame holding device to the catalyst assembly be carries a maximum of 0.3 m.
Zur Vermeidung eines Austrages von Grobpartikeln mit dem auf grund der Rekombinationsreaktion aufgeheizten Gasgemisch aus der Rekombinationsvorrichtung ist der Katalysatoranordnung vorzugsweise ein Grobpartikelfänger nachgeschaltet. Der Grob partikelfänger kann dabei derart ausgelegt sein, daß einer seits der Austrag aus der Katalysatoranordnung ausgelöster, vagabundierender Katalysatorpartikel aus der Rekombinations vorrichtung wirksam unterbunden ist, und daß andererseits im Bereich des Grobpartikelfängers eine Mischwirkung im durch strömenden Gasgemisch zum Zweck einer Temperaturhomogenisie rung auftritt. Der Grobpartikelfänger ist dabei derart dimen sioniert, daß Partikel kleiner Partikelgröße, wie beispiels weise Atmosphärenaerosole, frei penetrieren können. Eine Fil terung von Atmosphärenaerosolen ist dabei nicht erforderlich, insbesondere weil durch die Thermophorese oder temperatur induzierte Abstoßung an der Katalysatoranordnung eine Abla gerung der Aerosole weitgehend vermieden ist. Eine Ver blockungsgefahr durch die Aerosole wird somit sicher vermie den, so daß ein die freie Konvektion in der Rekombinations vorrichtung hemmender Druckverlust auch bei längerem Betrieb der Rekombinationsvorrichtung gering bleibt. Der Durchsatz des Gasgemisches durch die Rekombinationsvorrichtung ist so mit auch bei längerem Betrieb nicht beeinträchtigt. Der Grob partikelfänger weist dazu vorteilhafterweise eine Anzahl von Durchtrittsöffnungen mit einer mittleren Spaltbreite von min destens 0,1 mm und von höchstens 1 mm auf. Der Grobpartikelfänger kann hierbei als einlagiges Siebblech oder auch als mehrlagige Sieb- oder Fa seranordnung oder als eine Kombination von beiden ausgebildet sein.To avoid the discharge of coarse particles with the heated gas mixture due to the recombination reaction the recombination device is the catalyst assembly preferably a coarse particle catcher connected downstream. The gross Particle catcher can be designed such that one since the discharge from the catalyst arrangement is triggered, stray catalyst particles from the recombination device is effectively prevented, and on the other hand in Area of the coarse particle catcher a mixing effect in the flowing gas mixture for the purpose of temperature homogenization tion occurs. The coarse particle catcher is of such dimensions siones that particles of small particle size, such as wise atmospheric aerosols, can penetrate freely. A fil Aeration of atmospheric aerosols is not necessary especially because of thermophoresis or temperature induced repulsion at the catalyst assembly a waste aerosols is largely avoided. A ver The risk of blocking by the aerosols is thus avoided the so that a free convection in the recombination device inhibiting pressure loss even during long operation the recombination device remains small. The throughput the gas mixture through the recombination device is so with not affected even with longer operation. The gross Particle catcher advantageously has a number of Through openings with an average gap width of min at least 0.1 mm and from at most 1 mm. The coarse particle catcher can be used as single-layer screen plate or also as a multi-layer screen or company water arrangement or formed as a combination of both be.
Zur Begrenzung der Oberflächentemperaturen der Rekombina tionsvorrichtung auf einen Bereich deutlich unterhalb der Zündtemperatur des die Rekombinationsvorrichtung umgebenden Gasgemisches weist das Gehäuse vorteilhafterweise einen Iso liermantel auf. Dabei kann in der Art einer Doppelmantelaus führung ein Luftspalt oder auch ein temperatur- und strahlen beständiger Isolierstoff vorgesehen sein. Zur Verringerung der Wärmeübertragung durch Strahlung kann die Innenoberflä che des Gehäuses zudem verspiegelt sein. Die Innenoberfläche kann dabei derart geschliffen sein, daß ein dreidimensionaler Spiegeleffekt entsteht, der insbesondere in einem Temperatur bereich von mehr als 500°C den relevanten Wärmetransport durch Strahlung gering hält.To limit the surface temperatures of the recombina tion device to an area significantly below Ignition temperature of the surrounding the recombination device Gas mixture, the housing advantageously has an ISO jacket on. It can be made in the manner of a double jacket an air gap or a temperature and radiation resistant insulating material may be provided. To reduce the Heat transfer by radiation can affect the inner surface che of the housing can also be mirrored. The inside surface can be ground in such a way that a three-dimensional Mirror effect arises, especially in one temperature range of more than 500 ° C the relevant heat transport minimized by radiation.
Zur Kühlung des aus der Rekombinationsvorrichtung austreten den Gasgemisches auf eine Temperatur deutlich unterhalb der Zündtemperatur des die Rekombinationsvorrichtung umgebenden Gasgemisches ist der Katalysatoranordnung zweckmäßigerweise eine Beimischstrecke zur Zumischung von Umgebungsatmosphäre zu dem aus der Katalysatoranordnung austretenden Gasgemisch nachgeschaltet. Die Beimischstrecke ist dabei zweckmäßiger weise strömungsseitig hinter dem Grobpartikelfänger angeord net. Zur Beimischung ist dabei vorzugsweise im Gehäuse eine Anzahl von Spaltöffnungen zur Zuführung von Umgebungsatmo sphäre zum innerhalb des Gehäuses strömenden Gasgemisch vor gesehen.Exit from the recombination device to cool it the gas mixture to a temperature significantly below that Ignition temperature of the surrounding the recombination device Gas mixture of the catalyst arrangement is expedient an admixture section for admixing ambient atmosphere to the gas mixture emerging from the catalyst arrangement downstream. The mixing section is more expedient arranged downstream of the coarse particle catcher net. For admixture there is preferably one in the housing Number of stomata for the supply of ambient atmosphere sphere to the gas mixture flowing inside the housing seen.
Für eine besonders zuverlässige Vermeidung einer ungewollten Zündung des die Rekombinationsvorrichtung umgebenden Gasgemi sches ist die Rekombinationsvorrichtung zweckmäßigerweise derart ausgelegt, daß das aus der Katalysatoranordnung aus strömende, durch die Rekombination des Wasserstoffs aufge heizte Gasgemisch eine Temperatur unterhalb der Zündtempera tur des die Rekombinationsvorrichtung umgebenden Gasgemisches aufweist. Dazu ist der Katalysatoranordnung vorteilhafter weise ein statischer Mischer nachgeschaltet, der eine Homoge nisierung der Temperatur des aus der Katalysatoranordnung ausströmenden Gasgemisches bewirkt. Lo kal besonders stark aufgeheizte Teile des Gasgemisches werden dabei mit lokal besonders schwach aufgeheizten Teilen des Gasgemisches vermischt, so daß hohe Maximaltemperaturen ver mieden werden.For a particularly reliable avoidance of an unwanted Ignition of the gas mixture surrounding the recombination device The recombination device is expedient designed such that the catalyst assembly flowing, due to the recombination of the hydrogen heated gas mixture a temperature below the ignition temperature structure of the gas mixture surrounding the recombination device having. The catalyst arrangement is more advantageous for this as a static mixer downstream, which is a homogeneous nization of the temperature of the Catalyst arrangement outflowing gas mixture causes. Lo kal particularly strongly heated parts of the gas mixture with locally particularly weakly heated parts of the Gas mixture mixed so that high maximum temperatures ver be avoided.
Für eine besonders effektive Rekombination des im Gasgemisch geführten Wasserstoffs weist die Katalysatoranordnung zweck mäßigerweise Platin und/oder Palladium als katalytisch akti ves Material auf. Zweckmäßigerweise umfaßt die Katalysatoran ordnung eine Anzahl annähernd plattenförmiger Katalysatorkör per, wobei jeweils zwei benachbarte Katalysatorkörper in ei nem mittleren Abstand zueinander von mindestens 0,8 cm und von höchstens 3 cm angeordnet sind. Für eine hohe Rekombina tionsrate bei geringem Volumen ist dabei vorteilhafterweise jeder Katalysatorkörper beidseitig mit Katalysatormaterial unter Bildung von Reaktionsflächen beschichtet, wobei das Gasgemisch sowohl über die frontseitige als auch über die rückseitige Reaktionsfläche jedes Katalysatorkörpers leitbar ist. For a particularly effective recombination of the gas mixture led hydrogen has the catalyst arrangement purpose moderately platinum and / or palladium as catalytically active ves material on. The catalyst expediently comprises order a number of approximately plate-shaped catalyst bodies per, each with two adjacent catalyst bodies in egg a mean distance of at least 0.8 cm and of a maximum of 3 cm. For a high recombination tion rate with a small volume is advantageous each catalyst body with catalyst material on both sides coated to form reaction surfaces, the Gas mixture via both the front and the rear reaction surface of each catalyst body conductive is.
Die Katalysatorkörper sind zweckmäßigerweise in einer gemein samen Halterung gehaltert. Die Rekombinationsvorrichtung ist somit mit besonders geringem Montage- und Installationsauf wand herstellbar. Die Halterung weist dabei vorteilhafter weise eine gute Wärmeleitfähigkeit auf, so daß in besonders einfacher weise eine Vergleichmäßigung der Temperatur im Bereich der Katalysatoranordnung gewährleistet ist.The catalyst bodies are expediently in one seed holder held. The recombiner is thus with a particularly low assembly and installation work wall producible. The bracket has more advantageous have good thermal conductivity, so that in particular simply an equalization of the temperature in the Area of the catalyst arrangement is guaranteed.
Um die Temperatur des aus der Katalysatoranordnung ausströ menden Gasgemisches besonders zuverlässig unterhalb der Zünd temperatur des die Rekombinationsvorrichtung umgebenden Gas gemisches zu halten, ist die Katalysatoranordnung vorteilhaf terweise für eine Oxidation lediglich eines Anteils des im Gasgemisch geführten Wasserstoffs, vorzugsweise für eine Oxi dation eines Anteils des im Gasgemisch geführten Wasserstoffs von weniger als 70%, vorzugsweise weniger als 50%, ausgelegt.To the temperature of the flow out of the catalyst assembly gas mixture particularly reliably below the ignition temperature of the gas surrounding the recombination device keeping mixture, the catalyst arrangement is advantageous For an oxidation of only a portion of the im Gas mixture guided hydrogen, preferably for an oxi dation of a portion of the hydrogen carried in the gas mixture of less than 70%, preferably less than 50%.
Eine besonders zuverlässige Konvektionsströmung innerhalb der Rekombinationsvorrichtung ist erreichbar, indem das Gehäuse in Strömungsrichtung des Gasgemisches vorteilhafterweise eine Länge von mindestens 0,4 m und von höchstens 2 m aufweist.A particularly reliable convection flow within the Recombination device is accessible by the housing advantageously in the direction of flow of the gas mixture Length of at least 0.4 m and has a maximum of 2 m.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson dere darin, daß durch die der Katalysatoranordnung vorge schaltete Flammenrückhalteeinrichtung die Ausbreitung einer infolge der bei der Rekombination von Wasserstoff freige setzten Wärme auftretenden Flamme in einen Raumbereich außer halb der Rekombinationsvorrichtung sicher vermieden wird. Durch eine geeignete Dimensionierung der Flammenrückhalteein richtung ist dabei die Auslegung der Rekombinationsvorrich tung für einen besonders geringen Druckverlust möglich, so daß die Rekombinationsvorrichtung in freier Konvektion und somit mit einfachen Mitteln betreibbar ist. Durch den der Ka talysatoranordnung zweckmäßigerweise vorgeschalteten, vor teilhafterweise in die Flammenrückhalteeinrichtung integrier ten Sedimentfänger wird zudem ein Austrag sich ablösender, va gabundierender heißer Katalysatorpartikel in den Raumbereich außerhalb der Rekombinationsvorrichtung sicher vermieden. Ein flammenloser Betrieb der Rekombinationsvorrichtung in zündfä higer Atmosphäre ist somit unter Vermeidung ungewollter Zün dungen im Raumbereich außerhalb der Rekombinationsvorrichtung möglich.The advantages achieved with the invention are in particular that in that the catalyst arrangement switched the flame arrester to spread one as a result of the release of hydrogen when recombined expose heat arising flame to a room area half of the recombination device is safely avoided. By dimensioning the flame retardants appropriately The direction is the interpretation of the recombination device possible for a particularly low pressure drop, see above that the recombination device in free convection and can thus be operated with simple means. By the Ka Talysatoranordnung suitably upstream, before integrally integrated into the flame retention device The sediment trap is also discharged, especially Gabundant hot catalyst particles in the room area safely avoided outside the recombination device. A flameless operation of the recombination device in ignitable atmosphere is thus avoided by avoiding unwanted ignition in the space outside the recombination device possible.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeich nung näher erläutert. Darin zeigen:Embodiments of the invention are based on a drawing tion explained in more detail. In it show:
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Rekombination von Wasserstoff in einem Gasgemisch, Fig. 1 shows a device for the recombination of hydrogen in a gas mixture,
Fig. 2 eine alternative Vorrichtung zur Rekombination von Wasserstoff in einem Gasgemisch, Fig. 2 shows an alternative device for the recombination of hydrogen in a gas mixture,
Fig. 3 einen Ausschnitt III aus Fig. 2, und Fig. 3 shows a detail III of Fig. 2, and
Fig. 4 einen Ausschnitt IV aus Fig. 2. Fig. 4 shows a detail IV from FIG. 2.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugs zeichen versehen.The same parts are in all figures with the same reference characters.
Die Vorrichtung 1 gemäß Fig. 1 und die Vorrichtung 1' gemäß Fig. 2 sind jeweils zur Rekombination von Wasserstoff in ei nem Gasgemisch, nämlich in der Containment-Atmosphäre eines nicht näher dargestellten Kernkraftwerks bei einem Störfall, vorgesehen. Die Vorrichtung 1, 1' umfaßt dazu jeweils eine Katalysatoranordnung 2, bei der in nicht näher dargestellter Weise für die Rekombination von Wasserstoff geeignetes, kata lytisch aktives Material auf einer Trägeranordnung angebracht ist. Als katalytisch aktives Material kann dabei insbesondere eine Mischung aus Edelmetallen oder auch eine Anordnung von Edelmetallfolien vorgesehen sein. Als Edelmetall sind dabei insbesondere Platin und/oder Palladium vorgesehen.The device 1 according to FIG. 1 and the device 1 'according to FIG. 2 are each provided for the recombination of hydrogen in a gas mixture, namely in the containment atmosphere of a nuclear power plant, not shown in the event of an accident. The device 1 , 1 'each comprises a catalyst arrangement 2 , in which, in a manner not shown, suitable for the recombination of hydrogen, catalytically active material is attached to a carrier arrangement. A mixture of noble metals or an arrangement of noble metal foils can in particular be provided as the catalytically active material. Platinum and / or palladium in particular are provided as the noble metal.
Die Katalysatoranordnung 2 umfaßt eine Anzahl annähernd plat tenförmiger, annähernd parallel angeordneter Katalysatorkör per 3, die einem Abstand von mindestens 0,8 cm und höchstens 3 cm zueinander angeordnet sind. Die Katalysatorkörper 3 kön nen dabei als massive Platten oder auch als Schüttung in ei nem plattenförmigen Tragewerk ausgeführt sein.The catalytic converter arrangement 2 comprises a number of approximately plat-shaped, approximately parallel arranged catalyst bodies per 3 , which are arranged at a distance of at least 0.8 cm and at most 3 cm from one another. The catalyst body 3 NEN can be designed as a solid plate or as a bed in egg NEM plate-shaped structure.
Jeder Katalysatorkörper 3 ist beidseitig mit Katalysatormate rial unter Bildung von Reaktionsflächen beschichtet, wobei das Gasgemisch sowohl über die frontseitige als auch über die rückseitige Reaktionsfläche jedes Katalysatorkörpers 3 leit bar ist. Für eine besonders einfache Montage sind die Kataly satorkörper 3 in einer als Einschub ausgebildeten, gemeinsamen Halterung mit hohem Wärmeleitungsvermögen gehaltert.Each catalyst body 3 is coated on both sides with catalyst material to form reaction areas, the gas mixture being conductive both over the front and over the rear reaction area of each catalyst body 3 . For a particularly simple assembly, the Kataly sator body 3 are held in a common holder designed as an insert with high thermal conductivity.
Die Katalysatoranordnung 2 ist in einem Gehäuse 4 angeordnet. Das Gehäuse 4 ist dabei derart ausgebildet, daß die Vorrich tung 1, 1' im Betriebsfall für das Gasgemisch in freier Kon vektion durchströmbar ist. Dazu bildet das Gehäuse 4 entlang einer im wesentlichen vertikalen, durch den Pfeil 6 angedeu teten Vorzugsrichtung einen Schacht. Der in Folge der Wärme entwicklung bei der Rekombination des Gasgemisches im Bereich der Katalysatoranordnung 2 verursachte Auftrieb bewirkt im Betriebsfall der Vorrichtung 1, 1' eine Überkompensation des Druckabfalls für das Gasgemisch, so daß in Folge einer Kamin wirkung des schachtartig ausgestalteten Gehäuses 4 eine Durch strömung des Gasgemisches durch die Vorrichtung 1, 1' ohne äußere Hilfs- oder Antriebsmittel einsetzt. Der schachtartig ausgebildete Teil des Gehäuses weist dabei eine Kaminhöhe zwischen 0,5 m und 2,5 m zur Kompensation der verursachten Druckverluste auf. Für ein besonders günstiges Konvektions verhalten weist das Gehäuse 4 zudem zweckmäßigerweise ein Hö hen-zu-Tiefen-Verhältnis zwischen 0,3 und 10 auf.The catalyst arrangement 2 is arranged in a housing 4 . The housing 4 is designed such that the Vorrich device 1 , 1 'in operation for the gas mixture in free con vection can be flowed through. For this purpose, the housing 4 forms a shaft along a substantially vertical direction indicated by the arrow 6 . The resulting in the heat development in the recombination of the gas mixture in the region of the catalyst assembly 2 causes in operation of the device 1 , 1 'overcompensation of the pressure drop for the gas mixture, so that as a result of a chimney effect of the shaft-like housing 4 through flow of the gas mixture by the device 1 , 1 'without external auxiliary or drive means. The shaft-like part of the housing has a chimney height of between 0.5 m and 2.5 m to compensate for the pressure losses caused. For a particularly favorable convection behavior, the housing 4 also expediently has a height-to-depth ratio between 0.3 and 10.
Die Vorrichtung 1, 1' ist derart ausgestaltet, daß auch bei den infolge der Wärmefreisetzung bei der Rekombination von Wasserstoff im Bereich der Katalysatoranordnung 2 auftreten den hohen Temperaturen eine Zündung zündfähigen Gasgemisches im Bereich außerhalb der Vorrichtung 1, 1' sicher vermieden wird. Dazu ist der Katalysatoranordnung 2 eine Flammenrückhal teeinrichtung 8 zugeordnet. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die Flammenrückhalteeinrichtung 8 als ein das Gehäuse 4 vollständig umschließendes Drahtgitter ausgebildet. Alterna tiv kann auch ein Lochblech vorgesehen sein.The device 1 , 1 'is designed in such a way that an ignition-capable gas mixture in the area outside the device 1 , 1 ' is reliably avoided even as a result of the heat released during the recombination of hydrogen in the region of the catalyst arrangement 2 . To this end, the catalyst arrangement 2 is assigned a flame retention device 8 . In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the flame retention device 8 is designed as a wire mesh that completely encloses the housing 4 . Alternatively, a perforated plate can also be provided.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist die Flammenrückhal teeinrichtung 8 der Katalysatoranordnung 2 vorgeschaltet. Die Flammenrückhalteeinrichtung 8 ist dabei derart strömungssei tig vor der Katalysatoranordnung 2 angeordnet, daß ihr mitt lerer Abstand zur Katalysatoranordnung 2 weniger als 0,3 m beträgt. Das von der Katalysatoranordnung 2 und der Flammen rückhalteeinrichtung 8 begrenzte Volumen begrenzt eine dort entstehende Flamme somit auf eine Flammenlänge von weniger als 0,3 m.In the embodiment shown in FIG. 2, the flame retention device 8 is connected upstream of the catalyst arrangement 2 . The flame retention device 8 is arranged such a flow side in front of the catalytic converter arrangement 2 that its median distance to the catalytic converter arrangement 2 is less than 0.3 m. The volume limited by the catalytic converter arrangement 2 and the flame retention device 8 thus limits a flame arising there to a flame length of less than 0.3 m.
Die Flammenrückhalteeinrichtung 8 umfaßt im Ausführungsbei spiel gemäß Fig. 2 eine Anzahl von Flammenfiltern 10, von denen in Fig. 3 einer gezeigt ist. Jeder Flammenfilter 10 ist im Ausführungsbeispiel aus einem perforierten metalli schen Grundkörper 11 aufgebaut, wobei die Perforierung - wie in Fig. 4 im Ausschnitt dargestellt - eine Anzahl von Ein strömöffnungen 12 für das Gasgemisch freigibt. Der Grundkör per 11 ist dabei von einer Schicht 13 aus Fasergewebe, insbe sondere aus Metallfasergewebe, bedeckt. Ein derartig ausge bildeter Flammenfilter 10 trägt zusätzlich auch zu einer Ho mogenisierung des ihn durchströmenden Gasgemisches bei. The flame retention device 8 in the exemplary embodiment according to FIG. 2 comprises a number of flame filters 10 , one of which is shown in FIG. 3. Each flame filter 10 is constructed in the exemplary embodiment from a perforated metallic base body 11 , the perforation - as shown in FIG. 4 in detail - releases a number of a flow openings 12 for the gas mixture. The Grundkör by 11 is covered by a layer 13 of fiber fabric, in particular special metal fiber fabric. Such formed out flame filter 10 also contributes to Ho mogenization of the gas mixture flowing through it.
Die Perforierung des metallischen Grundkörpers 11 jedes Flam menfilters 10 kann beispielsweise rund, geschlitzt oder qua dratförmig ausgeführt sein. Alternativ sind auch andere Aus führungen der Perforierung möglich. Die durch alle Eintritts öffnungen 12 definierte, summierte relative freie Fläche aller Flammenfilter 10 ist mindestens so groß, vorteilhafterweise etwa 1- bis 3-mal so groß, wie der freie Eintrittsquerschnitt der Katalysatoranordnung 2.The perforation of the metallic base body 11 of each flame filter 10 can, for example, be round, slotted or square-shaped. Alternatively, other types of perforation are possible. The openings defined by all inlet 12, relative open area of all summed flame filter 10 is at least as large, advantageously about 1 to 3 times as large as the free entry cross section of the catalyst arrangement. 2
Für eine besonders große Oberfläche jedes Flammenfilters 10 ist der jeweilige Grundkörper 11 mit verschiedenen Faltungen und/oder Abkantungen versehen, wobei sich ein annähernd sternförmiger Querschnitt ergibt. Die Spaltbreite der durch die Perforierung der Grundkörper 11 der Flammenfilter 10 ge gebenen Eintrittsöffnungen 12 ist weiterhin an die im Ausle gungsfall erwartete Wasserstoff-Konzentration angepaßt. Für eine explosionstechnische Entkopplung des Inneren der Vor richtung 11 von ihrer Umgebung bei einer Wasserstoff-Konzen tration von bis zu 10 Vol% ist beispielsweise eine Spaltweite von maximal 2 mm vorgesehen. Bei einer Wasserstoff-Konzentra tion im Auslegungsfall von mehr als 10 Vol% ist hingegen eine Spaltweite von weniger als 1 mm vorgesehen. Die Spaltweite der Perforierung der metallischen Grundkörper 11 der Flammen filter 10 ist dabei zudem derart dimensioniert, daß eine Ab scheidung von Kolloiden oder Aerosolen an den Flammenfiltern 10 weitgehend vermieden wird. Eine Verstopfung der Vorrichtung 1' bei ihrem Betrieb wird somit sicher vermieden.For a particularly large surface area of each flame filter 10 , the respective base body 11 is provided with various folds and / or bevels, with an approximately star-shaped cross section resulting. The gap width of the ge through the perforation of the base body 11 of the flame filter 10 given inlet openings 12 is further adapted to the expected hydrogen concentration in the design case. For an explosion-related decoupling of the interior of the device 11 from its surroundings with a hydrogen concentration of up to 10 vol%, a gap width of a maximum of 2 mm is provided, for example. With a hydrogen concentration in the design case of more than 10 vol%, however, a gap width of less than 1 mm is provided. The gap width of the perforation of the metallic base body 11 of the flame filter 10 is also dimensioned such that a decision is Ab of colloids or aerosols substantially avoided at the flame filters 10th Clogging of the device 1 'during its operation is thus reliably avoided.
Als weiteres Auslegungskriterium bei der Dimensionierung der Spaltweite der in den metallischen Grundkörpern 11 der Flam menfilter 10 vorgesehenen Eintrittsöffnungen 12 ist berück sichtigt, daß der Druckaufbau innerhalb des Gehäuses 4 der Vorrichtung 1' im Falle einer Zündung des dort vorhandenen Gasgemisches kleiner als etwa 100 hPa bleiben soll, so daß eine Gefährdung der Vorrichtung 1' sicher vermieden wird. Dazu ist die Spaltweite der Eintrittsöffnungen 12 in den metalli schen Grundkörpern 11 der Flammenfilter 10 derart bemessen, daß ein ausreichender Entlastungsquerschnitt für den Fall ei ner derartigen Zündung vorhanden ist.As a further design criterion in the dimensioning of the gap width of the inlet openings 12 provided in the metallic base bodies 11 of the flame filter 10 , it is taken into account that the pressure build-up inside the housing 4 of the device 1 'remains less than about 100 hPa in the event of an ignition of the gas mixture present there Should, so that a risk to the device 1 'is safely avoided. For this purpose, the gap width of the inlet openings 12 in the metallic base body 11 of the flame filter 10 is dimensioned such that a sufficient relief cross section for the case egg ner such ignition is available.
In die Flammenrückhalteeinrichtung 8 ist im Ausführungsbei spiel gemäß Fig. 2 ein Sedimentfänger 14 integriert. Dazu ist jeder Flammenfilter 10 derart ausgebildet, daß Partikel, die - wie in Fig. 3 schematisch dargestellt - direkt oder über einen Flüssigkeitstropfen in den im Längsschnitt V-för mig ausgebildeten Flammenfilter 10 gelangen, sich in dessen Bodenbereich ablagern. Dabei möglicherweise abgeschiedene Flüssigkeit gelangt über Ausströmöffnungen 15 in ein nicht näher dargestelltes Ablaufsystem.In the flame retention device 8 , a sediment trap 14 is integrated in the exemplary embodiment according to FIG. 2. For this purpose, each flame filter 10 is designed such that particles which - as shown schematically in Fig. 3 - get directly or through a liquid drop in the V-shaped flame filter 10 in longitudinal section, are deposited in the bottom region. Any liquid which may have separated out passes through outflow openings 15 into a drain system, not shown in detail.
Der Sedimentfänger 14 umfaßt weiterhin eine Anzahl von Fän gerblechen 16, von denen jeweils eines über dem Einströmkanal jedes Flammenfilters 10 angeordnet ist. Alternativ oder zu sätzlich kann der Sedimentfänger 14 auch ein - in Strömungs richtung des Gasgemisches gesehen - vor der Katalysatoranord nung 2 angeordnetes Drahtgeflecht umfassen. Bei der Dimensio nierung des Sedimentfängers 14 hinsichtlich der Größe der aufzufangenden Partikel ist die Erkenntnis berücksichtigt, daß aus physikalischen Gründen vornehmlich Katalysatorparti kel mit einer Korngröße von mehr als etwa 100 µm zu einer Zündung des Gasgemisches beitragen. Ein Austritt sich aus der Katalysatoranordnung 2 ablösender, vagabundierender heißer Ka talysatorpartikel von mehr als dieser Korngröße aus dem Ge häuse 4 entgegen der Strömungsrichtung des Gasgemisches wird durch den Sedimentfänger 14 sicher vermieden. Der Sediment fänger 14 sowie die Flammenrückhalteeinrichtung 8 sind durch das in das Gehäuse 4 einströmende Gasgemisch kühlbar.The sediment trap 14 further includes a number of Fän gerblechen 16 , one of which is arranged above the inflow channel of each flame filter 10 . Alternatively or additionally, the sediment trap 14 can also comprise a wire mesh arranged in front of the catalyst arrangement 2 , as seen in the flow direction of the gas mixture. In the dimensioning of the sediment trap 14 with regard to the size of the particles to be collected, the knowledge is taken into account that, for physical reasons, mainly catalyst particles with a grain size of more than about 100 μm contribute to an ignition of the gas mixture. An escape from the catalytic converter arrangement 2 , stray, hot catalyst particles of more than this grain size from the housing 4 against the flow direction of the gas mixture is reliably avoided by the sediment trap 14 . The sediment catcher 14 and the flame retention device 8 can be cooled by the gas mixture flowing into the housing 4 .
Die Katalysatoranordnung 2 ist derart dimensioniert, daß im Auslegungsfall lediglich ein Anteil des Wasserstoffs, der im in die Vorrichtung 1, 1' einströmenden Gasgemisch geführt wird, von weniger als 50% oxidiert wird. Die Temperaturerhö hung im Gasgemisch, die aus der durch die Oxidation freige setzten Wärmemenge resultiert, ist somit nur begrenzt. Die Temperatur des aus der Katalysatoranordnung 2 austretenden Gasgemisches wird somit deutlich unterhalb der Zündtemperatur der Atmosphäre in der Umgebung der Vorrichtung 1, 1' gehal ten.The catalyst arrangement 2 is dimensioned such that in the design case, only a portion of the hydrogen which is conducted in the gas mixture flowing into the device 1 , 1 'is oxidized by less than 50%. The temperature increase in the gas mixture, which results from the amount of heat released by the oxidation, is therefore only limited. The temperature of the gas mixture emerging from the catalyst arrangement 2 is thus kept significantly below the ignition temperature of the atmosphere in the vicinity of the device 1 , 1 '.
Für eine weitere Begrenzung der im Gasgemisch auftretenden Maximaltemperatur ist - wie in Fig. 2 dargestellt - im Ge häuse 4 in Strömungsrichtung des Gasgemisches nach der Kata lysatoranordnung 2 ein statischer Mischer 17 angeordnet. Der statische Mischer 17, der beispielsweise eine Anzahl von Mischplatten 18 umfaßt, dient dabei zur Durchmischung oder Verwirbelung des durchströmenden Gasgemisches. Durch eine derartige Durchmischung oder Verwirbelung wird eine Homogeni sierung der Temperatur des Gasgemisches über den Querschnitt innerhalb des Gehäuses 4 erreicht. Aufgrund ihrer räumlichen Nähe zu den Katalysatorkörpern stärker aufgeheizte Zonen in nerhalb des Gasgemisches werden dabei mit aufgrund ihrer ver gleichsweise größeren räumlichen Entfernung zu den Katalysa torkörpern 3 vergleichsweise kälteren Zonen des Gasgemisches durchmischt. Dadurch wird eine effektive Temperaturherabset zung der am stärksten aufgeheizten Bereiche innerhalb des Gasgemisches erreicht, so daß vorgebbare Temperaturgrenzwerte für das Gasgemisch sicher unterschritten werden.For a further limitation of the maximum temperature occurring in the gas mixture, a static mixer 17 is arranged in the housing 4 in the flow direction of the gas mixture after the catalyst arrangement 2 , as shown in FIG. 2. The static mixer 17 , which comprises, for example, a number of mixing plates 18 , is used for mixing or swirling the gas mixture flowing through. Mixing or swirling of this type achieves a homogenization of the temperature of the gas mixture over the cross section within the housing 4 . Because of their spatial proximity to the catalyst bodies, more heated zones within the gas mixture are mixed with comparatively larger spatial distance to the catalyst bodies 3 comparatively colder zones of the gas mixture. An effective temperature reduction of the most heated areas within the gas mixture is thereby achieved, so that predeterminable temperature limit values for the gas mixture are reliably undershot.
Innerhalb des Gehäuses 4 ist der Katalysatoranordnung 2 ein Grobpartikelfänger 20 nachgeschaltet. Der Grobpartikelfänger 20, der im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 dem statischen Mischer 17 nachgeschaltet ist, ist dabei im Ausführungsbei spiel aus einem Geflecht dünner Drähte aufgebaut. Das Ge flecht bildet Durchtrittsöffnungen 21, wobei die Maschenweite des Drahtgewebes unter Berücksichtigung des Druckverlustes der Vorrichtung 1, 1' und der erforderlichen Abscheidelei stung kleiner als 800 µm gewählt ist. Als weiteres Ausle gungskriterium bei der Dimensionierung der Maschenweite ist zudem berücksichtigt, daß am Grobpartikelfänger 20 keine Ab scheidung von Kolloiden oder Aerosolen erfolgen soll. Der Grobpartikelfänger 20 ist vielmehr derart dimensioniert, daß Aerosole oder Kolloide quantitativ und ohne nennenswerte Ab scheideverluste penetrieren können. Eine Verblockungsgefahr aufgrund sich ablagernder Aerosole oder Kolloide ist somit sicher vermieden. Der Durchsatz durch die Vorrichtung 1, 1' ist somit auch bei längerem Betrieb nicht nennenswert beein flußt. Die Maschenweite des Grobpartikelfängers 20 beträgt dabei mehr als 0,1 mm, insbesondere 0,2 mm bis 0,8 mm. Alter nativ kann der Grobpartikelfänger 20 auch eine Hintereinan derschaltung mehrerer grobmaschiger Drahtgeflechte umfassen. In diesem Fall kann die Maschenweite jedes Drahtgeflechts auch größer als 1 mm gewählt werden.A coarse particle trap 20 is connected downstream of the catalyst arrangement 2 within the housing 4 . The coarse particle catcher 20 , which is connected downstream of the static mixer 17 in the exemplary embodiment according to FIG. 2, is constructed in the exemplary embodiment from a braid of thin wires. The Ge braid forms passage openings 21 , the mesh size of the wire mesh, taking into account the pressure loss of the device 1 , 1 'and the required separating power, is chosen to be less than 800 μm. As a further design criterion when dimensioning the mesh size, it is also taken into account that the coarse particle catcher 20 should not be separated from colloids or aerosols. Rather, the coarse particle catcher 20 is dimensioned such that aerosols or colloids can penetrate quantitatively and without any appreciable loss from separation. A risk of blocking due to deposits of aerosols or colloids is thus reliably avoided. The throughput through the device 1 , 1 'is thus not significantly influenced even during prolonged operation. The mesh size of the coarse particle catcher 20 is more than 0.1 mm, in particular 0.2 mm to 0.8 mm. Alternatively, the coarse particle catcher 20 can also comprise a series connection of a plurality of coarse-mesh wire meshes. In this case, the mesh size of each wire mesh can also be selected to be larger than 1 mm.
Dem Grobpartikelfänger 20 und somit auch der Katalysatoran ordnung 2 ist eine Beimischstrecke 24 zur Zumischung von Um gebungsatmosphäre zu dem aus der Katalysatoranordnung 2 aus tretenden Gasgemisch nachgeschaltet. Im Bereich der Beimisch strecke 24 weist das Gehäuse 4 dazu eine Anzahl von Spaltöff nungen 26 auf. Durch Zumischung von Umgebungsatmosphäre zu dem aus der Katalysatoranordnung 2 austretenden Gasgemisch kann dessen Temperatur zuverlässig auf einen Wert unterhalb der Zündtemperatur der Umgebungsatmosphäre abgesenkt werden.The coarse particulate trap 20 and thus also the catalytic converter arrangement 2 is followed by an admixing section 24 for admixing the ambient atmosphere to the gas mixture emerging from the catalytic converter arrangement 2 . In the area of the admixture section 24 , the housing 4 has a number of openings 26 for this purpose. By admixing the ambient atmosphere to the gas mixture emerging from the catalyst arrangement 2 , its temperature can be reliably lowered to a value below the ignition temperature of the ambient atmosphere.
Im Endbereich des Gehäuses 4 der Vorrichtung 1, 1' ist eine Ausströmöffnung 28 für das Gasgemisch vorgesehen. Die Aus strömöffnung 28 ist dabei seitlich im Gehäuse 4 angeordnet, so daß bei annähernd vertikaler Anordnung der Vorrichtung 1, 1' eine Ausströmung des Gasgemisches in annähernd horizonta ler Richtung erfolgt. Oberhalb der Ausströmöffnung 28 ist das Gehäuse 4 mit einem Gehäusedach 30 versehen. Das Gehäusedach 30 dient dabei als tropfenabweisende Begrenzung für die Vor richtung 1, 1', so daß auch beim Betrieb eines Spraysystems oberhalb der Vorrichtung 1, 1' ein Direkteintrag von Flüssig keitstropfen in die Vorrichtung 1, 1' vermieden wird. Eine Auswaschung von Katalysatorpartikeln aus der Katalysatoran ordnung 2 wird somit auch beim Einsatz eines derartigen Spray systems sicher vermieden.An outflow opening 28 for the gas mixture is provided in the end region of the housing 4 of the device 1 , 1 '. From the flow opening 28 is arranged laterally in the housing 4 , so that with approximately vertical arrangement of the device 1 , 1 'an outflow of the gas mixture takes place in an approximately horizontal direction. The housing 4 is provided with a housing roof 30 above the outflow opening 28 . The housing roof 30 serves as a drop-resistant limitation for the device 1 , 1 ', so that a direct entry of liquid drops into the device 1 , 1 ' is avoided even when operating a spray system above the device 1 , 1 '. Washing of catalyst particles from the catalyst arrangement 2 is thus reliably avoided even when using such a spray system.
Das Gehäuse 4 weist im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ei nen Isoliermantel 32 auf. Im Ausführungsbeispiel ist der Iso liermantel 32 in der Art einer Doppelmantelausführung als Luftspalt ausgebildet. Alternativ kann auch ein zwischen zwei Mantelschichten angeordneter temperatur- und strahlenbestän diger Isolierstoff vorgesehen sein. Zur Verringerung einer Wärmeübertragung durch Strahlung vom Innenbereich des Gehäu ses 4 auf dessen Außenbereich ist die Oberfläche der Innen seite des Isoliermantels 32 derart geschliffen, daß ein spie geleffekt entsteht. Ein Austritt von Strahlung durch den Iso liermantel 32 wird somit sicher vermieden. Durch diese Ausge staltung des Isoliermantels 32 ist insbesondere der in einem Temperaturbereich von mehr als 500°C relevante Wärmetransport durch Strahlung in einem hohen Maße unterbunden. Die mit ei nem derartigen Isoliermantel 32 versehene Vorrichtung 1' weist beim Betrieb im Auslegungsfall eine Außentemperatur ih res Gehäuses von deutlich weniger als 500°C auf. Eine Zündung des das Gehäuse 4 umgebenden Gasgemisches aufgrund einer ho hen Gehäuseaußentemperatur ist somit sicher vermieden.In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the housing 4 has an insulating jacket 32 . In the exemplary embodiment, the insulating jacket 32 is designed in the manner of a double jacket as an air gap. Alternatively, a temperature and radiation-resistant insulating material arranged between two cladding layers can also be provided. To reduce heat transfer by radiation from the inside of the hous ses 4 on the outside thereof, the surface of the inside of the insulating jacket 32 is ground in such a way that a mirror effect occurs. An escape of radiation through the insulating jacket 32 is thus reliably avoided. Due to this design of the insulating jacket 32 , the heat transport by radiation, which is relevant in a temperature range of more than 500 ° C., is prevented to a high degree. The device 1 'provided with such an insulating jacket 32 ' has, during operation in the design case, an outside temperature of its housing of significantly less than 500.degree. An ignition of the gas mixture surrounding the housing 4 due to a high housing external temperature is thus reliably avoided.
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